空壓機變頻改造方案
針對空壓機行業電能浪費嚴重，節能需求迫切的現狀，公司給出了完整的空壓機變頻控制解決方案。
一、行業分析
據中國空壓機網調查：
全國有180億元/年的空壓機市場，有超過400萬台的空壓機在工作，22kw以上功率等級的空壓機超過100萬台，22kw以下中小空壓機以活塞式為主。年新增數十萬臺。
空壓機一般按工廠最大負荷加10-20%餘量設計，另外工廠實際需求存在季節性及時間性波動，也導致用氣量波動較大，所以空壓機多數時間並非滿載執行，節能空間很大。
空壓機的用電量約佔全部工業用電裝置的9%，節能降耗利國利民。
國家提供專項資金大力扶持節能降耗，這也進一步推動了空壓機等產業的公升級。變頻空壓機也越來越為廣大使用者接受。變頻空壓機已經成為未來的主流發展方向。
二、傳統空壓機的問題傳統空壓機的工作圖：
傳統空壓機的問題：
1、電能浪費嚴重
傳統的加解除安裝式空壓機，能量主要浪費在：
1）載入時的電能消耗
在壓力達到所需工作壓力後，傳統控制方式決定其壓力會繼續上公升直到解除安裝壓力。在加壓過程中，一定會產生更多的熱量和噪音，從而導致電能損失。另一方面，高壓氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓，這一過程同樣耗能。
2）解除安裝時電能的消耗
當達到解除安裝壓力時，空壓機自動開啟解除安裝閥，使電機空轉，造成嚴重的能量浪費。空壓機解除安裝時的功耗約佔滿載時的30%～50%，可見傳統空壓機有明顯的節能空間。
2、工頻啟動衝擊電流大
主電機雖然採用y-△減壓起動，但起動電流仍然很大，對電網衝擊大，易造成電網不穩以及威脅其它用電裝置的執行安全。對於自發電工廠，數倍的額定電流衝擊，可能導致其他裝置異常。
3、壓力不穩，自動化程度底
傳統空壓機自動化程度低，輸出壓力的調節是靠對加解除安裝閥、調節閥的控制來實現的，調節速度慢，波動大，精度低，輸出壓力不穩定。
4、裝置維護量大
空壓機工頻啟動電流大，高達5~8倍額定電流，工作方式決定了加解除安裝閥必然反覆動作，部件易老化，工頻高速執行，軸承磨損大，裝置維護量大。
5、噪音大
持續工頻高速執行，超過所需工作壓力的額外壓力，反覆載入、解除安裝，都直接導致工頻執行噪音大。
三、變頻器空壓機的優點:
節能原理：變頻調速系統以輸出壓力作為控制物件，由變頻器，壓力感測器、電機組成閉環恆壓控制系統，工作壓力值可由操作面板直接設定，現場壓力由感測器來檢測，轉換成4~20ma電流訊號後反饋到變頻器，變頻器通過內建pid進行比較計算，從而調節其輸出頻率，達到空壓機恆壓供氣和節能的目的。變頻節能表現在：
1、變頻器通過調整電機的轉速來調整氣體流量，使電機的輸出功率與流量需求成正比，保持電機高效率工作，功率因數高，無功損耗小，節電效果明顯；
2、按嚴格的ems標準設計，高速低耗的igbt以及採用了高效的失量控制演算法，使得v&t變頻器諧波失真和電機的電能損耗最小化；
3、自動快速休眠使得空載時間變短，電機完全停止，最大程度節能。無衝擊啟動及低頻大轉矩特性保證變頻器隨時帶載起停。
節能空間：
灰色：變頻空壓機功耗曲線
綠色：節能部分a，變頻空壓機比普通空壓機節省的能量
淺藍色：節能部分b，變頻空壓機可能節省的能量。b為當變頻空壓機已進入空久停機休眠階段，而普通空壓機沒有進入休眠時，變頻空壓機節省的能量。如果變頻空壓機也沒有進入休眠，則b=0。
剛啟動或休眠後啟動時，普通空壓機和變頻空壓機均執行在額定功率附近。因此變頻空壓機可以保證充氣的快速性。
四、變頻改造方案設計
1、啟動電流小，對電網無衝擊
變頻器可使電機起動、載入時的電流平緩上公升，沒有任何衝擊；可使電機實現軟停，避免反生電流造成的危害，有利於延長裝置的使用壽命；
2、輸出壓力穩定
採用變頻控制系統後，可以實時監測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恆定，提高生產效率和產品質量；
3、裝置維護量小
空壓機變頻啟動電流小，小於2倍額定電流，加解除安裝閥無須反覆動作，變頻空壓機根據用氣量自動調節電機轉速，執行頻率低，轉速慢，軸承磨損小，裝置使用壽命延長，維護工作量變小。
4、噪音低
變頻根據用氣需要提供能量，沒有太多的能量損耗，電機運轉頻率低，機械轉動噪音因此變小，由於變頻以調節電機轉速的方式，不用反覆載入、解除安裝，頻繁加解除安裝的噪音也沒有了，持續加壓，氣壓不穩產生的噪音也消失了。 總之，採用變頻恆壓控制系統後，不但可節約一筆數目可觀的電力費用，延長壓縮機的使用壽命，還可實現恆壓供氣的目的，提高生產效率和產品質量。
五、變頻改造方案設計
1、變頻控制櫃為分離式解決方案
現場為四台空壓機，電機為660v 132kw ,控制方式為三颱變頻控制四台電機，其中由兩台變頻櫃各控制一台，另外一台變頻櫃使用一托二方式控制，實現三用一備方案。系統提供整套變頻控制櫃，內建所有變頻改造所需要的部件，包括變頻器、操作面板、交流接觸器、控制按鈕等等。空壓機改造時，只需要將使用者原來的空壓機系統的主電路和控制電路訊號，接到對應的控制櫃接線端子上，即可完成對空壓機的變頻改造工程。
該過程不需要對原先的空壓機內部構造做任何的改動，改造方便、快捷，同時也便於日後的保養和維修。
其結構示意圖如下：
2、詳細改造方案
變頻控制櫃採用壓力感測器替換原來的壓力開關，將排氣壓力轉換成4~20ma電流訊號，反饋回變頻器端子，實現恆壓閉環控制。即三颱變頻器分別控制三颱空壓機，根據排氣壓力情況，可實現空壓機的執行狀態（低速或高速），來滿足礦上的動能需求。
裝置採用標準ggd櫃安裝，外形尺寸2000*1000*600
由於空壓機採用變頻控制方式執行時，系統能根據使用者設定壓力和壓力反饋，自動調節電機轉速，實現恆壓控制，所以當使用者的用氣量較小的時候，空壓機主電機可能將長時間處於低速載入狀態，不利於電機自冷風扇的散熱，從而導致電機溫公升過高甚至燒毀電機線圈。
解決該問題有以下4種對策，可根據情況選擇：
i. 合理設定變頻器的電機過載保護時間，變頻器將根據電機電流累積效應保護電機。
ii. 設定電機感測器保護閾值，採用電機溫度感測器方式保護電機。
iii. 設定較短的空壓機空久停機（休眠）時間及較短的啟動時間，進入休眠後，電機停止運轉。
iv. 在空壓機內安裝主電機冷卻風扇，保證空壓機電機正常運轉。
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